반도체 재료에 대한 간단한 물리 이론적 소개

저는 반도체 화합물 물리학의 과학 연구원입니다. 그런 다음 이러한 반도체 재료가 무엇인지에 대해 조금 이야기하겠습니다. 이 게시물은 나중에 보여줄 내용에 대한 간단한 소개입니다.

반도체

가장 일반적으로 사용되는 반도체는 주기율표 IV 족의 두 가지 원소, 즉 실리콘 (Si)과 게르마늄 (Ge)입니다. 그들은 고순도로 얻을 수 있고 단결정 형태로 더 쉽게 성장할 수 있기 때문에 더 자세히 연구 된 것들입니다. 온도, 압력, 전기장 또는 자기장.


반도체. Pixabay License
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반도체의 또 다른 중요한 특징은 전기 전도도가 금속 전도체보다 낮지 만 좋은 절연체보다 높다는 것입니다. 예를 들어 게르마늄과 같은 반도체와은과 같은 전도체에는 차이가 있습니다. 좋은 도체의 저항은 온도가 떨어지면 급격히 떨어지고, 불량 도체는 온도가 절대 0에 가까워지면 상승하고 매우 커집니다. 대부분의 반도체에서 완벽하고 순수한 결정은 절연체가 될 것입니다.

특성 반도체 특성은 열 여기, 불순물, 네트워크의 결함 또는 화학 양론 부족으로 인해 나타납니다. 반도체는 일반적으로 저항 값이 10E-2에서 10E9 ohm-cm 범위에있는 전자 전도체이며, 실온에서 양호한 전도체 10E-6 ohm-cm와 절연체 10E-14에서 10E22 ohm-cm 사이의 중간입니다 [1 ].

반도체는 각각의 성장을 위해 서로 다른 합성 기술로 결합 할 수있는 주기율표의 요소라고 할 수 있습니다. .

내부 반도체와 외부 반도체의 두 가지 유형이 있습니다. 그러나 두 가지 유형의 반도체를 정의하기 전에 이러한 요소의 동작을 이해할 수있는 기본적인 부분이기 때문에 에너지 수준에 대한 지식을 갖기를 바랍니다.

에너지 수준

분리되어 있고 에너지 준위 사이에서 상호 작용하지 않는 일정량의 전자를 상상한다면 (그림 2),이 전자는 단일 원자에 속한 것처럼 관찰 될 수 있습니다.이 경우 배제 원리에 의해 허용되기 때문입니다. 하나의 상태에서 여러 전자를 갖게 되지만 원자 (그림 3)에 실제 분리에 접근하면 마지막 껍질의 전자에서 파동의 기능을 왜곡하고 중첩합니다. 이들은 "가전 자"가됩니다. 에너지 수준이 위아래로 펼쳐져 (그림 4) 서로 매우 가까운 수준을 생성합니다.


그림 2. 상호 작용이없는 개별 원자의 계획.


그림 3. 실제 분리에서 원자의 계획.


그림 4. 에너지 수준이 어떻게 발전하는지 보여주는 다이어그램.

이제 우리는 전자의 수가 10E24 정도라면 에너지 레벨이 "에너지 밴드"를 형성하고 각 존재 사이에 에너지 레벨이 허용되지 않는 영역이 있다는 것을 고려할 수 있다고 말합니다 (그림 5).


그림 5. 에너지 수준의 다이어그램.

에너지 레벨 연구를 통해 재료가 반도체, 도체 또는 절연체인지 식별 ​​할 수 있습니다.

이 밴드에 대한 연구를 통해 재료가 반도체, 도체 또는 절연체인지 확인할 수 있습니다.

원자가 대가 전자로 가득 차고 전도대가 비어있을 때 물질에 전기장을 가하면 원자가 대에있는 전자가 전도대로 이동합니다.

반도체 연구를 위해서는 이러한 수준을 아는 것이 중요하며, 원자가 및 전도 대역의 중간에있는 금지 대역을 아는 것이 더 중요합니다. 금지 대역이 좁을수록 더 작은 전기장이 제공되어야하므로 전자가 한 수준에서 다른 수준으로 이동하기가 더 쉽습니다. 그렇기 때문에 온도가 상승하면 반도체 물질은 밴드 컨트롤러와 달리 전기 전도도를 증가시키고 전자가 한 수준에서 다른 수준으로 이동할 수 있도록 더 큰 전계 강도가 필요합니다.

진성 반도체

그들은 고유 한 전도성 특성에 의해 전기 전도도가 결정되는 순수한 반도체입니다. 이러한 유형의 반도체는 결정 격자에 불순물이나 결함이없는 반도체이기 때문에 쉽게 식별 할 수 있으며, 그중에서도 실리콘, 게르마늄 및 주석을 알고 있습니다.

반도체의 온도가 0ºK이면 원자가 대는 전자로 가득 차고 전도대는 비어있을 것입니다. 이는 레벨 내에 열적 교반이 없기 때문이며 반도체 재료는 다음과 같이 행동한다고 ​​말할 수 있습니다. 좋은 절연체. 그렇지 않으면 온도를 높이면 결정 격자의 원자가 흔들리고 운동 에너지가 증가하여 원자가 대역의 전자가 결정 격자 내에서 다른 전자의 인접 원자를 흡수 할 수있게되고, 차례로, 링크를 끊고 네트워크를 자유롭게 이동하십시오.

운동 에너지를 얻으면 전자가 전도대로 이동하고 온도를 더 높이면 더 많은 전자가 전도대로 들어가기 때문에 분석하기 쉽습니다. 이 경우 반도체는 절연체처럼 동작하는 대신 전도성 동작을 얻습니다. 그래서 만약 원자가 대에있는 전자가 전자가된다면, 이번에는 전도대에서, 그것은 원자가 대에 빈 위치를 남길 것입니다. 그리고 우리가 전기장을 가하면이 빈 위치를 "홀"이라고 부를 것입니다. 가전 ​​자대에 속하는 다른 전자가 차지할 수 있으며 동시에 다른 구멍을 남깁니다. 이것은 일반적으로 "전자-홀 쌍"으로 알려져 있습니다.


그림 6. "전자 홀"쌍의 에너지 수준 및 열 생성 표현.

외인성 반도체

그들은 "도핑 된 반도체"라고도 불리는 특정 비율의 불순물을 가지고있는 것으로 알려져 있으며, 이것은 물질의 결정 격자에 불순물의 제어 된 도입을 의미합니다. 원자가 짝수가 아니라는 점에서 일반적으로 원자 번호가 홀수 인 3가 및 5가 요소입니다. 외인성 반도체는 다음과 같이 분류 할 수 있습니다.


그림 7. 전도대에서 더 많은 수의 전자로 인해 전자가 캐리어의 대부분을 차지하는 효과의 도식.

P 형 외인성 반도체

그들은 인듐, 갈륨, 브롬 및 알루미늄과 같은 주기율표의 원소로 도핑 된 것들입니다. 그들은 결정 구조 내의 원자가 대보다 더 높은 에너지 준위에 공석을 남기기 때문에 3가 원소입니다. 따라서 그들은 홀수 원소이기 때문에 그 위치를 차지하는 전자가 없기 때문에 전자가 쉽게 점프하게 만듭니다. 원자가 밴드의 여유 공간 또는 빈 공간.

N 형 외인성 반도체

그들은 안티몬, 인 및 비소와 같은 원소로 도핑 된 것들입니다. 그들은 5가 원소입니다. 즉, 마지막 껍질에 5 개의 전자가 있습니다. 이는 결정 구조를 형성 할 때 하나의 전자가 공유 결합에서 벗어나 온도로 인해 다른 4 개보다 더 높은 수준에 남아 있음을 의미합니다. "전자-홀"쌍의 형성에 결합되지 않은 전자가 방출됩니다. 이 효과로 인해 반도체 재료의 전기 전도도가 상당히 증가합니다.

참고 문헌

반도체

반도체 소개

美·EU 반도체 공장 '러브콜'에도…웃지 못하는 삼성전자

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내 콘텐츠를 읽어 주셔서 감사합니다.

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 2 months ago 

대학물리학 때 배웠는데, 타이틀만 기억에 남았네요.

매우 아름다운 지역입니다. 나중에이 주제에 대해 더 많이 공유하겠습니다.
@joeypark

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